JPS61205666A

JPS61205666A - 電気絶縁性基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPS61205666A
Application number: JP60046839A
Authority: JP
Inventors: 小坂　嘉男; 山口　雅靖
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1985-03-09
Filing date: 1985-03-09
Publication date: 1986-09-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　発明の背景技術分野本発明は、例えば高密度集積回路や半導体パワーモジュ
ールなどの基板、さらにはＩＣパッケージ用材料等とし
て好適な電気絶縁性基板とその製造方法に関する。

先行技術とその問題点従来、電気絶縁性基板としてはアルミナ等が使用されて
きたが１回路の高密度化により、基板の発熱が問題とな
り、より熱伝導率の大きい基板が要望されている。

熱伝導率が大きく、充分な機械的強度を有し、しかもシ
リコン半導体素子と熱膨張係数が近い材質としては、炭
化ケイ素焼結体がある。

しかし、炭化ケイ素は電気的には絶縁体でなく使用でき
ない、　実際、米国特許第３，９５４．４８３号には、
窒化ホウ素を焼結助剤として添加した炭化ケイ素焼結体
が記載されているが、このものは１〜ｌＯΩ・Ｃｍと比
抵抗が小さい。　そこで、特公昭５８−３１７５５号で
は、焼結助剤として、ベリリウムおよび窒化ホウ素を用
い、ベリリウム添加で１０１３Ω・ｃｍ、窒化ホウ素添
加で１０１１Ω・ｃｏの炭化ケイ素焼結体を得ているが
、ベリリウムは極めて有毒かつ高価であり、工業上用い
る際には制限があり、また窒化ホウ素添加では絶縁抵抗
が今−歩低く、この面で実用できなくなっている。

ＩＩ　　発明の目的本発明の目的は、比抵抗が実用レベル上充分高く、しか
も工業的に取扱い容易な窒化ホウ素添加系で、熱伝導率
が大きく、強度が高く、半導体素子と熱膨張係数が近似
する炭化ケイ素電気絶縁性基板とその製造方法を提供す
ることにある。

ｍ　発明の開示このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち第１の本発明は、炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素
粉末とマンガンおよびマンガン化合物の１種以上とを添
加して、非酸化性雰囲気中で焼成したことを特徴とする
電気絶縁性基板である。

また第２の発明は、炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素とマン
ガンおよびマンガン化合物の１種以上とを添加して混合
し、これを非酸化性雰囲気中で焼成することを特徴とす
る電気絶縁性基板の製造方法である。

さらに第３の発明は、炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素とマ
ンガンおよびマンガン化合物の１種以上とを添加して混
合し、これを非酸化性雰囲気中で焼成し、次いでえられ
た焼結体を酸化性雰囲気中で熱処理することを特徴とす
る電気絶縁性基板の製造方法である。

■　発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の電気絶縁性基板は、炭化ケイ素を主成分とする
焼結体であって、その原料としては炭化ケイ素粉末と窒
化ホウ素粉末とを用いる。

用いる炭化ケイ素粉末は、通常、純度９５％以上のもの
を用いることが好ましい。

そして、炭化ケイ素粉末の平均粒径は、１０ｐｍ以下で
あることが好ましい、　平均粒径が１０ｐｍをこえると
、焼結密度が低下するからである。

炭化ケイ素粉末の結晶構造については制限はなく、α型
、β型いずれであってもよい。

一方、用いる窒化ホウ素粉末の平均粒径は。

１０ｐｍ以下特に５ｐｍ以下であることが好ましい、　
これは、平均粒径が１０ｇ、ｍをこえると１分散性が悪
化し、絶縁抵抗が低下するからである。

窒化ホウ素粉末の結晶構造についても特に制限はなく、
六方晶系、立方晶系、ウルツ鉱晶系のいずれでも良い。

これら窒化ホウ素粉末は、炭化ケイ素粉末に対し、窒化
ホウ素が混合物全体の０．５〜１５ｗｔ％となるように
添加される。

窒化ホウ素楯加量が０．５ｗｔ％未満となると、絶縁抵
抗が低下してしまい、密度も低下する。　また、１５ｗ
ｔ％をこえると、気孔率が多くなり、後述の熱処理によ
って逆に抵抗が低下してしまう。

さらに、本発明においては、マンガンおよびマンガン化
合物の１種以上が添加、混合される。

用いるマンガンおよびマンガン化合物としては、マンガ
ンを含むものであれば何れのものであってもよい、　す
なわち、マンガンの他；マンガンの酸化物、例えばＭ　
ｎ　Ｏ２、Ｍｎ３０４　、ＭｎＯなど；ハロゲン化合物
、例えばＭｎＢ　ｒ２　、ＭｎＣｌ２　、ＭｎＩ２、Ｍ
　ｎ　Ｆ　２など；窒化物、えばＭｎ４Ｎなど；硫化物
、例えばＭｎＳなど；無機酸塩１例えば炭酸塩ＭｎＣＯ
３，硫酸塩ＭｎＳＯ４，硝酸塩Ｍｎ（ＮＯ３）ｚ−チオ
シアン酸塩Ｍｎ（ＳＣＮ）２．７−／化ケイ素酸塩Ｍｎ
ＳｉＦ６など；有機酸塩１例えば酢酸塩Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ
ＯＯ）２　、シュウ酸塩ＭｎＣ２Ｏ４などがある。

これらマンガンおよびマンガン化合物の１種以上は、何
種複合して添加してもよいが、その総計の添加量は、Ｍ
ｎ換算で０．００５〜０．５冒ｔ％、より好ましくは０
．０１〜０，２ｗｔ％である。

０．００５ｗｔ％より添加量が少なくなると絶縁抵抗の
向上に実効がなく、０．５ｗｔ％をこえると、逆に絶縁
抵抗が低下するからである。

これら炭化ケイ素粉末と窒化ホウ素粉末と、マンガンお
よびマンガン化合物の１種以上とは、十分混合されたの
ち、通常、所定の形状に仮成形し、焼成し、焼結体とさ
れる。

焼成は、Ｎ２、Ａｒ等の不活性雰囲気、真空中、Ｃｏ、
Ｎ２等の還元性雰囲気などの非酸化性雰囲気で行う。

また、焼結温度は２０００〜２２００℃とし、焼結時間
は２０分〜４時間程度とする。

また、焼成は、１００〜８００　　Ｋｇ／ａｍ２（１）
加圧力を加えたホットプレス法で行うことが好ましいが
、ｌル履程度の微粉炭化ケイ素原料を用いる場合には常
圧焼成でもよい。

このような焼成によってえられる焼結体は、９５％以上
の密度をもち、１０１１〜１０１２Ω・ｃｍ程度の絶縁
抵抗をもつ。

焼結体はそのままでも使用可能であるが、続いて、焼結
体に対し、酸化性雰囲気中で熱処理を施すことが好まし
い、　熱処理により一層絶縁抵抗が向上するからである
。

醸化性雰囲気としては、酸素雰囲気中から気中雰囲気ま
での０２濃度であれば良い。

熱処理温度は１０００〜１６５０℃であり。

特に１２００〜１６００℃が好ましい。

熱処理温度が１０００℃未満となると、絶縁抵抗向上効
果の実効がなく、１６５０℃をこえると、炭化ケイ素焼
結体の素地が劣化するからである。

なお、熱処理時間は３０分〜２時間程度とする。

このような熱処理を施された焼結体は、その後、表面を
１００〜５００　ｐｍ程度除去したのち、所定の寸法に
切断して基板とされる。

えられる基板は１０１１〜１Ｑ１２Ω・ｃｍの抵抗をも
ち、熱処理による絶縁抵抗の向上比は、３〜２０倍にも
及ぶ。

そして、１００＝１２０Ｗ／ｍ・にの熱伝導率と、３　
、７　Ｘ　１０”６　　ｄｅｇ−’ｃ７）熱膨張係数と
、４０〜４５　　Ｋｇ／ｍｍ２の３点曲げ強さをもつ。

■　発明の具体的作用効果本発明の電気絶縁性基板は、高密度集積回路や半導体パ
ワーモジュールなどの各種基板ないし、ＩＣパッケージ
用材料として有用である。

本発明によれば、マンガンないしマンガン化合物を添加
しないときと比較して絶縁抵抗は４〜１０倍にも向上し
、絶縁基板として好ましくなる。　そして、絶縁抵抗は
、絶縁基板としての必要条件である１０１２Ω・ｃｍ以
上のものも得ることができる。　そして、工業的に用い
る際に使いやすい窒化ホウ素とマンガンないしマンガン
化合物を助剤とした炭化ケイ素を主とするので生産上き
わめて有利である。

また、熱伝導率はアルミナの５〜６倍であり、熱膨張係
数はＳｉチップに極めて近く１機械的強度においてもア
ルミナ以上の高性能な絶縁基板となる。

■　発明の具体的実施例以下、本発明を実施例に従いさらに詳細に説明する。

実施例純度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径３ｐｍ）と、窒
化ホウ素粉末（平均粒径ＩＩＬｍ）とマンガン化合物と
を用い、下記表１に示される混合比で十分混合した。

これを仮成形したのち、表１に示される条件で３０＋ｓ
ｍφにホットプレス焼結した。

この焼結体に対し、必要に応じ、気中雰囲気中で表１に
示される条件で熱処理を施した。

酸化処理を施したものは、両面を２００〜３００ｐｍＧ
除去した。

各試料の表面を１４０１１で削ったのち、１０＋ｓ＋ｍ
φ、２ＩＩ１１厚の試料に加工し、アルミ蒸着膜電極を
つけて絶縁抵抗ＩＲを測定した。

結果を表１に示す。

なお、各サンプルとも、熱伝導率は１００〜１２０ＩＩ
ｌ／ＩＩ−ｋ、熱膨張係数は３．７Ｘ１０”８ｄｅｇ″
Ｉ、３点曲げ強度は４０〜４５　　Ｋｇ／ａｍ２テあっ
た。

表１に示される結果から１本発明の効果があきらかであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素粉末とマンガンおよ
びマンガン化合物の１種以上とを添加して、非酸化性雰
囲気中で焼成したことを特徴とする電気絶縁性基板。
（２）窒化ホウ素含有量が０．５〜１５ｗｔ％となるよ
うに窒化ホウ素粉末を添加する特許請求の範囲第１項に
記載の電気絶縁性基板。
（３）マンガンおよびマンガン化合物の含有量がＭｎ換
算で０．００５〜０．５ｗｔ％となるように、マンガン
およびマンガン化合物の１種以上を添加する特許請求の
範囲第１項または第２項に記載の電気絶縁性基板。
（４）炭化ケイ素粉末の平均粒径が１０μｍ以下である
特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
電気絶縁性基板。
（５）窒化ホウ素粉末の平均粒径が１０μｍ以下である
特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
電気絶縁性基板。
（６）マンガンおよびマンガン化合物の１種以上が、マ
ンガンならびにマンガンの酸化物、ハロゲン化物、窒化
物、硫化物および無機または有機酸塩の１種以上である
特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の
電気絶縁性基板。
（７）炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素とマンガンおよびマ
ンガン化合物の１種以上とを添加して混合し、これを非
酸化性雰囲気中で焼成することを特徴とする電気絶縁性
基板の製造方法。
（８）炭化ケイ素粉末に窒化ホウ素とマンガンおよびマ
ンガン化合物の１種以上とを添加して混合し、これを非
酸化性雰囲気中で焼成し、次いでえられた焼結体を酸化
性雰囲気中で熱処理することを特徴とする電気絶縁性基
板の製造方法。
（９）熱処理温度が１０００〜１６５０℃である特許請
求の範囲第８項に記載の電気絶縁性基板の製造方法。